Osmos är ett vanligt fenomen i naturen. Till exempel, om en gurka läggs i saltvatten kommer den att förlora vatten och krympa. Processen för att vattenmolekyler från gurkan kommer in i saltvattenlösningen är osmos. Om en vattenpöl delas i två delar av ett membran som bara vattenmolekyler kan passera genom, och rent vatten och saltvatten hälls på vardera sidan av membranet till samma höjd, kommer nivån av rent vatten efter en tid att minska, medan nivån av saltvatten kommer att öka. Detta fenomen med vattenmolekyler som vandrar genom membranet till saltvattnet kallas osmos. Höjningen av saltvattennivån är inte oändlig; den kommer att nå en jämviktspunkt på en viss höjd. Trycket som representeras av skillnaden i vätskenivåer över membranet vid denna punkt kallas osmotiskt tryck. Storleken på det osmotiska trycket är direkt relaterat till saltvattnets koncentration.
Efter att ovanstående anordning har nått jämvikt, om ett visst tryck appliceras på ytan av saltvattensidan, kommer vattenmolekyler att migrera från saltvattensidan till den rena vattensidan. Detta fenomen med vätskemolekyler som migrerar från en utspädd lösning till en koncentrerad lösning under tryck kallas omvänd osmos. Om saltlösning tillsätts i ena änden av ovannämnda-anordning och tryck som överstiger saltlösningens osmotiska tryck appliceras i den änden, kan vi erhålla rent vatten i den andra änden. Detta är principen för vattenrening med omvänd osmos. Det finns två nyckelfaktorer i system med omvänd osmos som producerar rent vatten: ett selektivt membran, kallat semi-permeabelt membran, och ett visst tryck.
Enkelt uttryckt har det halv{0}}permeabla membranet för omvänd osmos många porer, vars storlek är jämförbar med storleken på vattenmolekyler. Eftersom bakterier, virus, de flesta organiska föroreningar och hydratiserade joner är mycket större än vattenmolekyler, kan de inte passera genom det omvända osmos semi-permeabla membranet och separeras från vattnet som passerar igenom. Bland de många föroreningarna i vatten är lösta salter de svåraste att ta bort. Därför bestäms vattenreningseffekten av omvänd osmos ofta av avsaltningshastigheten. Avsaltningshastigheten för omvänd osmos beror huvudsakligen på selektiviteten hos det halv-permeabla membranet för omvänd osmos. Omvänd osmos-membranelement med hög-selektivitet kan uppnå en avsaltningshastighet så hög som 99,7 %.
